CN108340410A - 柔性机器人及其组件及组件安装工艺 - Google Patents
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Abstract
一种柔性机器人及其组件及组件安装工艺，其组件监测装置，包括：至少一组柔性导电线路；检测电路，其针对每组所述柔性导电线路分别设置有至少两个检测电极，接在该柔性导电线路上不同位置处；所述检测电路用于实时监测所述检测电极之间的柔性导电线路上的电流值/电阻值，并向上级单元反馈监测数值。本发明的监测装置具有柔性、小巧、独立、安装简便的优势，柔性目标载体的设计、制模、制作的过程中均无需考虑监测装置的安装位置的问题。
Description
技术领域
本发明属于新一代智能机器人技术领域，尤其涉及一种柔性机器人及其组件及组件安装工艺。
背景技术
近年来，随着柔性机器人技术的发展，研究人员设计出各种各样的柔性机器人，并在运动康复、工业生产以及灾害救援等方面发挥出独特的优势。柔性机器人相比于传统的刚性机器人结构更为简单，而且具有更多的自由度，因而表现出更高的灵活性。为了使柔性机器人更加智能，研究人员将多种传感器与柔性机器人结合，使其可以感受外界环境信号，从而做出相应的运动。目前的传感器多为刚性器件组成，在一定程度上限制了柔性机器人的运动能力，因而需要开发出新型的柔性传感器与现有的柔性机器人致动部件结合，实现柔性机器人的智能化。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种监测装置，以弥补现有技术中传统刚性传感器与柔性制动部件之间适配性差的问题。
在一些说明性实施例中，所述监测装置，包括：至少一组柔性导电线路；检测电路，其针对每组所述柔性导电线路分别设置有至少两个检测电极，接在该柔性导电线路上不同位置处；所述检测电路用于实时监测所述检测电极之间的柔性导电线路上的电流值/电阻值，并向上级单元反馈监测数值。
在一些可选地实施例中，所述监测装置，还包括：包覆所述柔性导电线路、以及所述柔性导电线路与所述检测电极的接线处的绝缘密封层。
在一些可选地实施例中，所述监测装置，所述柔性导电线路为液态金属或由液态金属制成的柔性导电线路。
本发明的另一个目的在于提出一种柔性机器人的行为监测装置。
在一些说明性实施例中，所述柔性机器人的行为监测装置具有所述的监测装置，以及柔性基材；所述监测装置的柔性导电线路铺设在所述柔性基材的表面处，随所述柔性基材的弯曲而产生变形；所述柔性基材还用于包覆固定在柔性机器人的关节处，随柔性机器人关节的动作产生弯曲变化。
在一些可选地实施例中，所述柔性基材为中心向外条状延伸结构；所述柔性基材的每个条状结构上分别铺设至少一组的柔性导电线路。
在一些可选地实施例中，所述柔性基材的表面具有用于连接固定的毛刺粘连结构。
在一些可选地实施例中，所述行为监测装置，还包括：行为分析单元，与所述监测装置的检测电路藕接；用于根据所述监测电路反馈的监测数值，判定所述柔性机器人的实际行为状态。
在一些可选地实施例中，所述行为监测装置，还包括：行为纠正单元，与所述行为分析单元藕接；用于旁路接收柔性机器人行为指令，确定柔性机器人的预设行为状态，与所述实际行为状态进行比较，向上级单元反馈比较结果。
本发明的再一个目的在于提出一种自适应柔性机器人。
在一些说明性实施例中，所述自适应柔性机器人的皮肤内或表面设置有所述的监测装置；以及自适应行为单元；所述自适应行为单元与所述监测装置的检测电路藕接，根据接收到的监测数据，执行相应的机器人行为指令。
本发明再一个目的在于提出一种监测装置的安装工艺。
在一些说明性实施例中，所述监测装置的安装工艺，包括：确定监测对象及目标位置；在所述目标位置处喷涂液态金属形成柔性导电线路；将检测电路的检测电极放置在所述柔性导电线路的不同位置处；在所述柔性导电线路、以及柔性导电线路与所述检测电极的连接处喷涂绝缘涂料形成绝缘密封层。
与现有技术相比，本发明具有如下优势：
本发明的监测装置具有柔性、小巧、独立、安装简便的优势，柔性目标载体的设计、制模、制作的过程中均无需考虑监测装置的安装位置的问题。
附图说明
图1是本发明实施例中监测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中监测装置的安装流程图；
图3是本发明实施例中行为监测装置的结构示意图
图4是本发明实施例中柔性基材的结构示意图；
图5是本发明实施例中行为监测装置的结构示意图；
图6是本发明实施例中柔性机器人皮层结构示意图。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
为了便于更快的理解本发明实施例，在此对本发明的主要思想进行简要说明。
针对传统传感器对于柔性载体存在尺寸大、不易变形、装配繁琐等适配问题，本发明实施例中提出了一种柔性传感器，该传感器具有柔性基材在一定范围内可伸缩、可弯折变形的特性，以及导体电阻阻值的变化特性，可使柔性传感器更利于适配柔性载体(例如柔性仿真机器人)，通过检测柔性导体的电阻值/电流的变化，可分析出柔性载体受力、变形情况，确定柔性载体的状态，以及状态确定后的各项应用。
现在参照图1，图1示出了本发明实施例中监测装置的结构示意图，如该结构示意图所示，本发明公开了一种监测装置100，该监测装置由柔性导电线路101和检测电路102组成，检测电路102的两个检测电极分别接在柔性导电线路101的两个端点上；所述检测电路102用于实时监测所述检测电极之间的柔性导电线路101上的电流值/电阻值，并向上级单元反馈监测数值。装置使用时柔性导电线路可通过包覆安装在柔性目标载体的制动部件上，跟随制动部件的行为动作，产生相应的形变，从而使得自身电阻值发生改变，检测电路实时监测并上报柔性导电线路的电阻值/电流值。
在一些实施例中，检测电路上安装有电源103，该电源可向检测电路提供电压，在柔性导电线路上产生电流。电源可选用电池、电源系统等；优选地，电源可采用纽扣电池。
上述实施例相较于现有技术，具有柔性、小巧、独立、安装简便的优势，柔性目标载体的设计、制模、制作的过程中均无需考虑监测装置的安装位置的问题，但具有美感要求时，可适当适配柔性目标载体的模具、模组。
在一些实施例中，检测电路的两个电极为一对检测电极，其接入柔性导电线路的位置可根据实际需求，进行设置或变动。并且，为了检测柔性目标载体的制动部件的行为状态的准确性，检测电路上可设置若干对检测电极，每对检测电极接入在柔性导电线路上不同段。
同理，柔性导电线路亦可设置为多组，每组柔性导电线路对应一对或多对的检测电极。
为了便于柔性导电线路与检测电路之间的接线，可将柔性导电线路设置为呈“凹”字型结构的曲线线路；在一些其它的实施例中，柔性导电线路还可设置两端相邻，中段成多迂回结构的曲线。
检测装置与柔性目标载体之间的安装连接，可通过卡持配合、粘接等其它安装方式。根据选择的相应的安装方式，在柔性导电线路和检测电路上设置卡持部/粘接部等。
在一优选地实施例中，本发明柔性导电线路选用低熔点的液态金属合金，例如镓铟合金，其具体镓铟配比为75.5％的镓和24.5％的铟，该合金熔点为10.5度，其在常温下基本呈液体形态。
针对上述低熔点柔性导电线路的实施例，本发明中的监测装置，还包括：包覆所述柔性导电线路、以及所述柔性导电线路与所述检测电极的接线处的绝缘密封层，以形成容纳低熔点液体金属、并支持液体金属流动的空腔。该实施例可解决柔性固态导电线路由于弯折、变形过大，所造成的折断问题。该实施例中的监测装置可在低温/常温下工作，低温折断时，具有常温恢复的能力，自修复性较强。
在一些实施例中，检测电路的电极可通过绝缘密封层固定，并与其内的柔性导电线路接触。并且，绝缘密封层除可应用在低熔点柔性导电线路的实施例中，亦可应用在非低熔点柔性导电线路上，以降低、避免导电线路与空气中的杂质接触，造成准确性降低的问题。
本发明实施例中的监测装置除了自出厂加工成型之外，还可向用户提供自主加工安装。现在参照图2，图2示出了本发明实施例中监测装置的安装方法的流程图，如该流程图所示，本发明公开了一种监测装置的安装工艺，具有如下步骤：
步骤S101.确定监测对象及目标位置；例如柔性机器人的关节处；
步骤S102.在所述目标位置处喷涂液态金属形成柔性导电线路；优选地，喷涂处可事先开设有一定形状、长度的凹槽。
步骤S103.将检测电路的检测电极放置在所述柔性导电线路的不同位置处；
步骤S104.在所述柔性导电线路、以及柔性导电线路与所述检测电极的连接处喷涂绝缘涂料形成绝缘密封层。
该实施例中针对选用低熔点液态金属的情况下，在步骤S101与步骤S102之间步骤S200.对所述目标位置处进行降温，例如低温环境、或对目标位置释放冷气。
本发明该实施例支持用户自主安装监测装置，柔性导电线路可根据用户自身需求随意设置，其适应性强，可更快制备符合用户需求的柔性导电线路，可应用于柔性机器人的测试阶段、以及其它领域的相关环节。
如图3，本发明的另一个目的在于基于上述公开的柔性的监测装置，提出一种针对于柔性机器人的行为监测装置，该行为监测装置包括：柔性基材200和监测装置100；所述监测装置100的柔性导电线路101铺设在所述柔性基材100的表面处，随所述柔性基材200的弯曲而产生变形；柔性基材200还用于包覆固定在柔性机器人的关节处，随柔性机器人关节的动作产生弯曲变化。
如图4，在一些实施例中，柔性基材不仅作为监测装置与柔性机器人之间的连接件，还作为监测装置的柔性导电线路的保护装置，柔性基材具有相对两侧不同柔软材质的表面，两面之间具有一定厚度；优选地，其内可填充气体、液体。柔性基材柔软程度高的一侧用于连接柔性机器人，较为柔软的一侧201用于铺设柔性导电线路，该侧面同样随柔性机器人关节的动作产生弯曲变化，但相比柔软程度高的一侧202，其弯曲程度得到了降低，可保护柔性导电线路不会过度弯折。其中，柔性基材为中空结构时，其上还可设置有气孔203，用以填充液体或气体。
如图5，在一些实施例中，柔性基材为中心向外条状延伸结构，其条状结构的数量可根据需求进行设置，例如：柔性基材整体为条状结构时(即中心连接2个条状结构)，其中心位于柔性机器人的关节中心，两个条状结构分布沿测力方向紧密贴附在关节连接的肢体上。柔性基材亦可以设置为多条交叉结构，其安装方式相似。优选地，柔性基材具有圆柱型柔性基座、基座的侧边上开设有若干用于连接条状结构的卡槽，每个卡槽对应一个条状结构，与条状结构卡持连接。
针对于上述实施例，柔性基材的每个条状结构上分别铺设有一个柔性导电线路。
针对于上述实施例，柔性基材与柔性机器人之间采用毛刺粘连(例如魔术贴)连接，柔性基材与柔性机器人相连接的一侧为毛刺粘连结构。本领域技术人员应该可以理解的是除上述毛刺粘连结构，柔性基材与柔性机器人还可以采用如胶水粘接、卡持等多种物理固定方式。
在一些实施例中，所述行为监测装置，还可包括：行为分析单元，与所述监测装置的检测电路藕接；用于根据所述监测电路反馈的监测数值，判定所述柔性机器人的实际行为状态。
其中，行为分析单元为电路结构，其内具有存储单元(例如Flash闪存)，该存储单元内储存有若干监测数值与行为状态的对应关系；行为分析单元可根据预留的对应关系，判定出接收到的监测数据实际的行为状态。进一步的，监测数据根据实际设置，为一条数据或多条数据，所述对应关系中的每个行为状态可由多条数据所对应。
在一些实施例中，所述行为监测装置，还可包括：行为纠正单元，与所述行为分析单元藕接；用于旁路接收柔性机器人行为指令，确定柔性机器人的预设行为状态，与所述实际行为状态进行比较，向上级单元反馈比较结果。
其中，行为纠正单元为电路结构，其分别于行为分析单元、柔性机器人控制中枢(例如CPU)藕接，旁路接收由控制中枢下传的执行指令，待柔性机器人执行完毕后，行为分析单元向行为纠正单元反馈行为状态，行为纠正单元对两者进行比较，并向上级反馈比较结果。(例如：将比较结果发送回控制中枢，通过机器人显示屏显示比较结果；或者发送至计算机，由计算机显示屏显示比较结果。)
该一优选实施例中，上述行为监测装置安装在一柔性机器人的手臂关节处，其中，行为监测装置的柔性金属线路通过连接件(柔性基材)包覆在呈水平舒张状态下的柔性机器人的小臂与大臂之间的关节处，设定为初始状态；行为纠正单元与柔性机器人的控制中枢(核心处理器)藕接(如有线、无线连接)。用户在检测柔性机器人行为准确度时，控制柔性机器人执行其手臂弯曲90度的指令，行为监测装置的行为纠正单元接收到该指令并模拟出该指令执行后的柔性机器人状态，同时行为监测装置的柔性金属线路随柔性机器人的关节弯曲而变化，其检测电路向行为分析单元上报监测数据，行为分析单元根据预设信息分析出监测数据所对应的行为状态(例如手臂实际弯曲呈45度)，将该结果上报给行为纠正单元，行为纠正单元根据模拟信息和实际信息的比对结果，显示或提示结果数据。
本发明中的柔性机器人的行为监测装置的各实施例，可应用于任何柔性机器人行为测试当中。
现在参照图6，本发明的再一个目的在于提出一种自适应柔性机器人，该柔性机器人的皮肤内侧设置有上述监测装置，具体的该监测装置的柔性导电线路设置在柔性机器人的皮肤表层下，用于通过自身阻值的变化相应皮肤受力位置和受力大小。柔性机器人的内部还设置有自适应行为单元，该自适应行为单元为电路结构，与监测装置和柔性机器人控制中枢藕接，在接收到监测装置反馈的监测数据后，根据预先设置的对应关系，调取执行相应的自适应行为。其中，图6中标记400为第一皮层，标记500为第二皮层，柔性导电线路101设置皮层400和500之间，在皮层400上开设有接线孔401和402，用于穿引导线连接检测电路102。
例如：自适应行为单元接收到监测数据反映柔性机器人的手掌的中上部具有一定范围的受力，柔性机器人根据预先配置执行自主握手的行为(例如手指关节提供一定的弯曲用力，并保持3秒；有或者，以声音表述的方式作为自主行为)。
本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
Claims (10)
1.一种监测装置，其特征在于，包括：
至少一组柔性导电线路；
检测电路，其针对每组所述柔性导电线路分别设置有至少两个检测电极，接在该柔性导电线路上不同位置处；
所述检测电路用于实时监测所述检测电极之间的柔性导电线路上的电流值/电阻值，并向上级单元反馈监测数值。
2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，还包括：包覆所述柔性导电线路、以及所述柔性导电线路与所述检测电极的接线处的绝缘密封层。
3.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述柔性导电线路为液态金属或由液态金属制成的柔性导电线路。
4.一种柔性机器人的行为监测装置，其特征在于，具有如权利要求1-3任一项所述的监测装置，以及柔性基材；
所述监测装置的柔性导电线路铺设在所述柔性基材的表面处，随所述柔性基材的弯曲而产生变形；
所述柔性基材还用于包覆固定在柔性机器人的关节处，随柔性机器人关节的动作产生弯曲变化。
5.根据权利要求4所述的行为监测装置，其特征在于，所述柔性基材为中心向外条状延伸结构；
所述柔性基材的每个条状结构上分别铺设至少一组的柔性导电线路。
6.根据权利要求4所述的行为监测装置，其特征在于，所述柔性基材的表面具有用于连接固定的毛刺粘连结构。
7.根据权利要求4所述的行为监测装置，其特征在于，还包括：行为分析单元，与所述监测装置的检测电路藕接；用于根据所述监测电路反馈的监测数值，判定所述柔性机器人的实际行为状态。
8.根据权利要求7所述的行为监测装置，其特征在于，还包括：行为纠正单元，与所述行为分析单元藕接；用于旁路接收柔性机器人行为指令，确定柔性机器人的预设行为状态，与所述实际行为状态进行比较，向上级单元反馈比较结果。
9.一种自适应柔性机器人，其特征在于，该柔性机器人皮肤内或表面设置有如权利要求1-3任一项所述的监测装置；以及自适应行为单元；
所述自适应行为单元与所述监测装置的检测电路藕接，根据接收到的监测数据，执行相应的机器人行为指令。
10.一种监测装置的安装工艺，其特征在于，包括：
确定监测对象及目标位置；
在所述目标位置处喷涂液态金属形成柔性导电线路；
将检测电路的检测电极放置在所述柔性导电线路的不同位置处；
在所述柔性导电线路、以及柔性导电线路与所述检测电极的连接处喷涂绝缘涂料形成绝缘密封层。
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|---|---|
| CN (1) | CN108340410A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110861078A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-03-06 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于柔性线路的总线控制方式自生长软体机器人 |
| CN114025924A (zh) * | 2019-04-01 | 2022-02-08 | 莱尼普泰克电缆系统有限公司 | 用于弯曲弹性的条状元件的监控系统以及弯曲弹性的条状元件 |
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-
2018
- 2018-04-26 CN CN201810384336.0A patent/CN108340410A/zh active Pending
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